Titaani ja titaanisulamite kõvadus

Kõvadus määrab otseselt nende deformatsioonikindluse, kulumiskindluse ja kasutusea. See on materjalide valiku, protsessi optimeerimise ja kvaliteedikontrolli võtmealus. Titaani ja titaani kõvaduse karakteristikute moodustumise mehhanism, reguleerimismeetodid ja testimisspetsifikatsioonidtitaani sulamidomab materjaliteaduse loogikat.

 

I. Titaani ja titaanisulami kõvadus

Materjali kõvadus on võime seista vastu lokaalsele plastilisele deformatsioonile, nagu süvendamine ja kriimustamine, mis tuleneb aatomitevahelisest sidejõust ja mikrostruktuuri vastupidavusest deformatsioonile. Titaani ja titaanisulamite kõvadus ei ole fikseeritud väärtus, vaid muutub dünaamiliselt koostise, kristallstruktuuri, töötlemistehnoloogia ja kuumtöötluse olekuga.

 

Puhtal titaanil on suhteliselt madal kõvadus, Brinelli kõvadus on toatemperatuuril umbes 160 HB, mis on lähedane puhta raua kõvadusele; Sellel on titaanisulamite kõrge kõvadus legeerimiskonstruktsiooni ja mikrostruktuuri reguleerimise kaudu, et saavutada kõvaduse ja kergekaalu omaduste kooskõlastatud optimeerimine.

 

II. Moodustamismehhanism ja mõjutegurid

(I) Aatomi- ja kristallstruktuur

Titaani kõvadus tuleneb selle ainulaadsest aatomistruktuurist ja kristallide paigutusest. Titaani aatomarv on 22 ja elektronide konfiguratsioon 3d²4s². 3D-elektronid on keemilises sidemes, mille tulemuseks on suurem metallilise sideme tugevus kui raud ja tihedam aatomiside. See moodustab selle kõvaduse loomupärase aluse.

 

Toatemperatuuril on titaanil kuusnurkne tihedalt{0}}pakitud (HCP) struktuur (Ti), millel on ainult 3 libisemissüsteemi ja piiratud dislokatsiooniga libisemisrada, mis muudab plastilise deformatsiooni raskemaks. Titaani on raskem painutada või kriimustada kui terast.

 

(II) Legeerimine

Tööstuslikud titaanisulamid parandavad märgatavalt kõvadust ja säilitavad madala tiheduse, lisades selliseid elemente nagu alumiinium ja vanaadium. Peamiselt on kolm tugevdamismehhanismi:

 

Tahke lahuse tugevdamine: Aatomitel, nagu alumiinium ja vanaadium, on titaanist erinevad aatomisuurused. Nende lisamine põhjustab võre moonutusi, takistades dislokatsiooni liikumist ja muutes materjali deformatsioonikindlamaks.

 

Sademete tugevdamine: pärast vananemistöötlust sadestavad mõned titaanisulamid teise faasi{0}}osakesed. See näeb välja nagu "naelad" nihestuste kinnitamiseks, suurendades oluliselt kõvadust, säilitades samal ajal kerged omadused.

 

Faasistruktuuri reguleerimine: legeerelemendid võivad moodustada -faasi-, -faasi- või - dupleksstruktuure. Reguleerides faasisuhet, on sellel tasakaal kõvaduse ja sitkuse vahel.

 

(III) Töötlemine ja kuumtöötlus

Töötlemistehnoloogia ja kuumtöötlus tagavad titaanisulami kõvaduse täpse kontrolli, reguleerides mikrostruktuuri:

Külmtöötlemine deformeerib terad, käivitades kõvaduse suurendamiseks deformatsioonikõvenemise;

 

Kuumtöötlemine välistab pinge ja pinge kõrgel temperatuuril, et vähendada kõvadust ning parandada plastilisust ja sitkust.

Kuumtöötluse reguleeriv toime on paremini kontrollitav: Lõõmutamine homogeniseerib struktuuri, vähendades mõõdukalt kõvadust, et kohaneda järgneva töötlemisega;

 

Jahutamine soodustab -faasi muutumist martensiidiks või üleküllastunud tahkeks lahuseks, suurendades oluliselt kõvadust;

Vananemistöötlus käivitab tugevdusfaasid, et veelgi parandada kõvadust ja tagada hea terviklik jõudlus. Mitme protsessi kombineeritud rakendamine võib vastata erinevate stsenaariumide kõvadusnõuetele.

 

III. Testimismeetodid

Brinelli kõvadus (HB): sobib keskmise ja madala kõvadusega titaanisulamite partiide testimiseks. Sellel on suur süvendusala, see võib peegeldada keskmist kõvadust ja seda mõjutab vähem ebaühtlane struktuur. Kuid taane on suhteliselt suur, mistõttu see ei sobi täppisosade või õhukeste lehtede jaoks.

 

Rockwelli kõvadus (HR): kiire testimiskiirus, väike taane ja väike proovikahjustus, sobib täppisosade ja õhukeste lehtede jaoks; erinevad kaalud vastavad titaanisulamitele erinevates kõvadusvahemikes.

 

Vickersi kõvadus (HV): pakub suurimat täpsust ja paindlikku koormust, võimaldades nii makro- kui ka mikrokareduse testimist. See ei saa mitte ainult analüüsida faaside vahelisi kohalikke kõvaduse erinevusi, tuvastada katteid ja keevisõmblusi, vaid seda saab kasutada ka rutiinseks jõudluse hindamiseks, mis on titaanisulamite uurimis- ja arendustegevuse ning protsesside kontrollimise põhimeetod.

 

Nanoindentatsioon sobib õhukeste kilede ja mikropiirkondade mikromehaaniliste omaduste iseloomustamiseks; Leebi kõvadus on ideaalne{0}}suurte toorikute kohapealseks kiirtestimiseks; Knoop kõvadust kasutatakse üliõhukeste lehtede või pinnakatete{1}}katsetamiseks.